Noul detector supraconductor de nanofir cu un singur foton are 400,000 de pixeli – Physics World

Cea mai mare rezoluție de până acum într-o cameră cu detector de foton unic (SNSPD) cu nanofir supraconductor a fost revendicată de cercetătorii din SUA. Proiectată de o echipă de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) și Laboratorul de propulsie cu reacție al NASA, camera oferă un număr de pixeli de aproximativ 400 de ori mai mare decât alte modele de ultimă generație, fără a sacrifica niciunul dintre avantajele acestora.

Demonstrat pentru prima dată în urmă cu două decenii, SNSPD-urile ne-au transformat capacitatea de a captura imagini la niveluri de lumină extrem de scăzute. Acestea prezintă rețele pătrate de nanofire care se intersectează, răcite la puțin peste zero absolut. Fiecare fir transportă un curent electric chiar sub curentul critic la care supraconductivitatea este distrusă.

Când un nanofir este lovit de un singur foton, căldura pe care o absoarbe va opri temporar supraconductivitatea până când energia se va disipa. Acest lucru face ca curentul să fie derivat către elementele de încălzire rezistive mici poziționate la cele mai apropiate intersecții dintre nanofirele perpendiculare - fiecare conectat la propriile linii de citire separate. Semnalele de la aceste citiri acționează ca pixeli individuali, indicând locația de detectare a fiecărui foton.

„SNSPD-urile au unele caracteristici foarte atrăgătoare”, explică liderul echipei Bakhrom Oripov la NIST. „Aceștia funcționează pentru orice lungime de undă [foton] de până la 29 mm (nu este adevărat pentru multe alte tehnologii cu siliciu) și au demonstrat eficiență de detectare de 98% la 1550 nm. Ei au, de asemenea, incertitudini foarte scăzute în timpii de sosire a fotonilor (timing jitter) și au rate extrem de scăzute de detecție falsă (numărări întunecate).

Limitări de rezoluție

În ciuda acestor avantaje, necesitatea unor fire de citire independente pentru fiecare pixel a făcut dificilă extinderea SNSPD-urilor pentru a crea detectoare mai mari. Până acum, acest lucru a însemnat că chiar și dispozitivele cu cea mai mare rezoluție au puțin mai mult de 1000 de pixeli.

Echipa lui Oripov a adoptat o abordare diferită a designului detectorului și acest lucru le-a permis să detecteze fotonii folosind linii de citire aranjate paralel cu nanofirele din fiecare rând și coloană.

„În loc să folosim citirea directă a semnalului electric de la detectoare, mai întâi transducem acel semnal electric în căldură în linia de citire (generată de un element de încălzire rezistiv) și îl folosim pentru a declanșa impulsuri electrice de contrapropagare în linia de citire”, explică Oripov.

Comparând timpii de sosire a acestor impulsuri la fiecare capăt al unei linii de citire, camera poate indica cu precizie locul unde a fost absorbit fotonul de-a lungul nanofirului. În acest fel, un pixel este generat în punctul în care locul de absorbție a fotonului detectat într-un rând se intersectează cu o detecție într-o coloană perpendiculară.

Mai puține linii de citire

Spre deosebire de modelele anterioare – unde un total de N² Au fost necesare linii de citire pentru a monitoriza o serie de nanofire N×N – acest nou design poate construi imagini cu un singur foton cu doar 2N linii de citire.

După cum descrie Oripov, această îmbunătățire va face mult mai ușor pentru echipă să îmbunătățească rezoluția în proiectarea lor. „Am arătat că într-adevăr putem scala la un număr mare de pixeli fără a sacrifica alte proprietăți, cum ar fi sensibilitatea unui singur foton, fluctuația de citire și numărarea întunericului”, spune el.

Noul detector de fotoni accelerează distribuția cheii cuantice

Dispozitivul lor a atins un număr de pixeli de 400,000 – de aproximativ 400 de ori mai mare decât modelele existente de ultimă generație. Dar cu îmbunătățiri suplimentare, ei sunt încrezători că acest număr ar putea fi crescut. Dacă se va realiza, acest lucru ar deschide calea pentru o nouă generație de SNSPD-uri la scară mare, potrivite pentru imagini cu un singur foton pe o bandă largă a spectrului electromagnetic.

Oripov are deja în vedere o gamă diversă de posibilități pentru noua tehnologie: de la tehnici astronomice îmbunătățite pentru investigarea materiei întunecate și cartografierea universului timpuriu, până la noi oportunități pentru comunicații cuantice și imagistică medicală.

„Se pare că, cu acest rezultat, am atras atenția câtorva astrofizicieni și oameni de imagistică biomedicală, toți interesați să colaboreze și să facă instrumente de imagistică mai bune”, spune el. „Acesta este cu siguranță un moment interesant atât pentru echipa noastră, cât și pentru colegii noștri din domeniul cercetării SNSPD în general.”

Noul detector este descris în Natură.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/